Prelucrarea digitală a imaginilor

Editare foto prin procesare digitală

Prelucrarea digitală a imaginii este o activitate care, prin utilizarea anumitor programe și dispozitive electronice, cum ar fi calculatoare și tablete, vă permite să modificați o imagine digitală, făcând modificări vizibile și apreciabile pentru observator. Este o activitate des întâlnită în domeniul fotografiei profesionale.

Din punct de vedere tehnic, procesarea digitală a imaginii folosește algoritmi care, prin prelucrarea numerică a semnalelor, sunt capabili să modifice o imagine digitală . Acești algoritmi, pornind de la valorile pixelilor imaginii, returnează o imagine modificată sau un număr numeric sau tabelar reprezentativ pentru o anumită caracteristică a imaginii de intrare . Aceste operațiuni pot fi efectuate într-un mod total automat sau cu o interacțiune continuă cu utilizatorul.

Istorie

Multe dintre tehnicile de procesare digitală a imaginii sau de transformare digitală a imaginii, așa cum se numea adesea, au fost dezvoltate în anii 1960 la Jet Propulsion Laboratory , Massachusetts Institute of Technology , Bell Laboratories , University of Maryland și alte facilități. cu aplicație la imagini din satelit , teleobiectiv de conversie standard, imagini medicale , interfon video , recunoaștere optică a caracterelor și îmbunătățiri fotografice. ^[1] Costul prelucrării la acel moment era destul de ridicat cu echipamentul de procesare. Acest lucru s-a schimbat în anii 1970, când au fost puse la dispoziție pe piață computere și hardware dedicate mai ieftine. Imaginile ar putea fi apoi procesate în timp real, pentru unele probleme dedicate, cum ar fi conversia pentru diferite standarde de televiziune .

În anii 2000, grație apariției computerelor mai rapide, procesarea digitală a imaginii a devenit cea mai comună formă de procesare a imaginii și, în general, a devenit cea mai utilizată metodă datorită versatilității și costului redus.

Tehnologia digitală de procesare a imaginilor pentru aplicații medicale a fost introdusă în Sala Fundației Famei Spațiale în 1994. ^[2]

În 2002, Raanan Fattal a introdus gradient în lumea procesării imaginilor, un nou mod de procesare a imaginilor în care diferențele dintre pixeli sunt manipulate, mai degrabă decât valorile pixelului în sine. ^[3]

Descriere

Cel mai cunoscut tip de procesare digitală a imaginilor este editarea sau retușarea fotografiilor , care se poate face folosind un software special, dintre care cele mai faimoase sunt GIMP și Photoshop . Practic, editarea imaginilor constă în modificarea imaginii originale atât într-un mod elementar, de exemplu, făcându-l mai luminos sau prin tăierea marginilor sale, cât și într-un mod mai profund, eliminând sau adăugând lucruri sau persoane sau schimbând detalii precum imperfecțiunile pielii. Sau dimensiunea bicepsului tău.

Prelucrarea are loc pornind de la faptul că imaginile raster sunt stocate sub forma unei matrice de pixeli , fiecare dintre care conține culoarea și luminozitatea punctului. ^[4] Programele de editare a fotografiilor permit utilizatorului să modifice aceste valori, indicând manual ce operațiuni trebuie efectuate în ce zone, printre numeroasele tipuri de operații care pot fi efectuate, una dintre cele mai frecvente este copierea pieselor. a imaginii din alte zone, de exemplu copierea unei zone ierboase pe un detaliu care urmează să fie ascuns sau o copie a unei zone sănătoase a pielii pe o imperfecțiune, numită instrument de clonare .

Prelucrarea digitală a imaginilor are multe avantaje față de procesarea analogică , în special este posibil să efectuați operațiuni foarte complexe pe imaginile digitale, iar numărul de operații care pot fi efectuate este mult mai mare. Odată cu răspândirea și îmbunătățirea computerelor, procesarea analogică a imaginilor a fost practic abandonată.

Operații de bază pe imagini digitale

Putem împărți operatorii aplicabili imaginilor digitale în două categorii:

Operatorii punctului efectuează o transformare a valorii unui pixel în funcție de valoarea pixelului însuși în imaginea originală, fiind u un pixel al imaginii inițiale și v pixelul în aceeași poziție a imaginii de destinație pe care o putem scrie: $v=f(u);$ ${\ displaystyle v = f (u);}$ $v = f (u);$
Tipul de transformare efectuat depinde de natura f (u) . De exemplu, un operator de prag (prag) funcționează în felul următor: utilizatorul impune o valoare prag pentru nivelul de gri (sau culoare) al pixelilor. Operatorul analizează pixelii imaginii unul câte unul, dacă nivelul său de gri depășește valoarea pragului, atunci această valoare este setată la o valoare arbitrară, de exemplu negru. Dacă valoarea pixelului original nu depășește valoarea setată ca prag, acesta rămâne neschimbat.

Exemplu de „fereastră” 3x3

Operatorii spațiali , pe de altă parte, exploatează pentru a determina valoarea pixelului țintă, nu numai valoarea pixelului în sine în imaginea originală, ci și valoarea unor pixeli apropiați acestuia.
Mărimea acestei proximități este determinată de utilizatorul care setează „fereastra” pe care trebuie să lucreze operatorul.
Exemple cunoscute de operatori spațiali sunt filtrul mediu, care calculează media aritmetică a pixelilor din interiorul „ferestrei” și impune această valoare și filtrul median , care în schimb calculează mediana statistică.
Utilitatea acestor filtre constă în capacitatea de a elimina un fel de zgomot care afectează imaginea originală, cum ar fi zgomotul de sare și piper . În special, printr-un filtru media este posibil să se elimine perturbările distribuite într-un mod gaussian, în timp ce prin aplicarea unui filtru median perturbările aleatorii, așa-numitul zgomot împușcat , cum ar fi cele generate de erori în canalul de transmisie, sunt efectiv eliminat.

Operații avansate pe imagini digitale

Prelucrarea digitală a imaginii permite utilizarea unor algoritmi mult mai complexi și, prin urmare, poate oferi atât performanțe mai sofisticate în sarcini simple, cât și metode de aplicare care ar fi imposibile cu mijloace analogice.

În special, procesarea digitală a imaginii este singura tehnologie practică care poate fi realizată:

clasificare (clasificare)
Regresie (regresie)
extragere de caracteristici (extragere de caracteristici)
recunoașterea tiparului (recunoașterea tiparului)
detectarea muchiilor (detectarea muchiilor)
segmentare (segmentare)

În domeniul imaginilor digitale, există și alte tehnici avansate, care permit obținerea unor rezoluții mai mari prin tehnici de super-rezoluție , sau reconstrucția pieselor lipsă, cu tehnici de inpainting . ^[5]

Notă

^(EN) Azriel Rosenfeld, Prelucrarea imaginilor prin computer, New York: Academic Press, 1969
^ (EN) Space Technology Hall of Fame inducted Technologies / 1994 , pe spacetechhalloffame.org, Space Foundation, 1994. Adus pe 7 ianuarie 2010 (depus de 'url original 4 iulie 2011).
^(EN) Bhat, Pravin și colab. Gradientshop: un cadru de optimizare a domeniului gradient pentru filtrarea imaginilor și a videoclipurilor. ACM Transactions on Graphics (TOG) 29.2 (2010): 10.
^(RO) Obținerea la maximum a conductei dvs. de procesare a imaginilor Arhivat pe 4 martie 2016 Internet Archive .
^(EN) Bertalmio M., G. Sapiro, V. Caselles și C. Ballester., Image inpainting, Proceedings of SIGGRAPH 2000, New Orleans, SUA, iulie 2000.